RU2331949C1 - Method of roduction structure "silicon-on-insulator" - Google Patents

Method of roduction structure "silicon-on-insulator" Download PDF

Info

Publication number
RU2331949C1
RU2331949C1 RU2006145756/28A RU2006145756A RU2331949C1 RU 2331949 C1 RU2331949 C1 RU 2331949C1 RU 2006145756/28 A RU2006145756/28 A RU 2006145756/28A RU 2006145756 A RU2006145756 A RU 2006145756A RU 2331949 C1 RU2331949 C1 RU 2331949C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
layer
porous
film
plate
Prior art date
Application number
RU2006145756/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Романов (RU)
Сергей Иванович Романов
Виктор Владимирович Кириенко (RU)
Виктор Владимирович Кириенко
Максим Николаевич Чеюков (RU)
Максим Николаевич Чеюков
Original Assignee
Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2006145756/28A priority Critical patent/RU2331949C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2331949C1 publication Critical patent/RU2331949C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: processes.
SUBSTANCE: invention can be used for micro- and nanoelectronics for manufacturing radiation-hardened integrated chips, sensors and electromechanical system compositions on insulating base. Concept of the invention: as received structure "silicon-on-insulator" plate of single-crystalline silicon of p-type conductivity is put to the anodic etching in electrolytic solution, which contents hydrogen and fluorine ions, and to the anodic oxidation in water solution of electrolytes. After every of procedures plate is dried in inert atmosphere at temperature in the range from 180°C till 400°C. Before high-temperature annealing in temperature range from 1300°C till 1370°C silicon plate with porous layer is encapsulated by protective film. Defects of "silicon tubes" type of buried insulating layer are remedied.
EFFECT: process of production is simplified and operating costs are decreased.
9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной техники, преимущественно микро- и наноэлектронике, и может быть использовано в производстве радиационностойких интегральных схем, датчиков и устройств микроэлектромеханических систем на изолирующих подложках.The invention relates to the field of electronic technology, mainly micro- and nanoelectronics, and can be used in the manufacture of radiation-resistant integrated circuits, sensors and devices of microelectromechanical systems on insulating substrates.

Известен способ получения структур «кремний-на-изоляторе» (патент США №3622382, МПК B44d 1/18, 1971 год), включающий имплантацию больших доз кислорода, достаточных для формирования изолирующего слоя двуокиси кремния в области проникновения ионов, и последующий высокотемпературный отжиг при температурах 1100-1200°C.A known method of producing structures "silicon-on-insulator" (US patent No. 3622382, IPC B44d 1/18, 1971), including implantation of large doses of oxygen sufficient to form an insulating layer of silicon dioxide in the region of penetration of ions, and subsequent high-temperature annealing at temperatures 1100-1200 ° C.

Основными недостатками известного способа являются наличие большого количества дислокации в рабочем слое кремния, вызванных высокими механическими напряжениями, возникающими в процессе имплантации, и образование промежуточной области, обогащенной преципитатами окиси кремния на границе рабочего слоя кремния с изолирующим слоем. Также является недостатком известного способа и тот факт, что в этом способе используется операция ионной имплантации, осуществляемая при помощи ускорителя, рассчитанного на облучение материалов ионами кислорода при больших плотностях тока. Такой ускоритель является сложным специализированным оборудованием, требующим при эксплуатации высококвалифицированного обслуживания.The main disadvantages of this method are the presence of a large number of dislocations in the silicon working layer caused by high mechanical stresses arising during the implantation process, and the formation of an intermediate region enriched in silicon oxide precipitates at the interface between the silicon working layer and the insulating layer. It is also a disadvantage of the known method and the fact that this method uses an ion implantation operation performed using an accelerator designed to irradiate materials with oxygen ions at high current densities. Such an accelerator is a complex specialized equipment that requires highly qualified service during operation.

Из известных способов получения структуры «кремний-на-изоляторе» наиболее близок к заявляемому является способ, представленный в патенте США №4676841, George К. Celler, МПК H01L 21/265 1987 года. Согласно этому способу указанную структуру получают посредством имплантации больших доз кислорода в нагретую до 500°С кремниевую пластину, капсулирования защищающей пленкой диоксида кремния и последующего высокотемпературного отжига. Доза имплантации составляет 1,8·1018 ат кислорода /см2. Отжиг проводят при температурах 1300-1400°С.Of the known methods for obtaining the structure of "silicon-on-insulator" closest to the claimed is the method presented in US patent No. 4676841, George C. Celler, IPC H01L 21/265 1987. According to this method, this structure is obtained by implanting large doses of oxygen into a silicon wafer heated to 500 ° C, encapsulating a silicon dioxide protective film, and then annealing it at high temperature. The dose of implantation is 1.8 x 10 18 at the oxygen / cm 2. Annealing is carried out at temperatures of 1300-1400 ° C.

Основным недостатком известного способа является тот факт, что в способе используется операция ионной имплантации, осуществляемая при помощи специализированного ускорителя, рассчитанного на облучение ионами кислорода кремниевых пластин, помещенных в специальную приемную камеру, при больших плотностях тока и повышенных температурах. Ускорители подобного класса являются сложнейшим технологическим оборудованием, требующим высококвалифицированного обслуживания, и не используются в производстве электронной техники на кремниевых линейках, повсеместно оснащенных обычными ускорителями, предназначенными, главным образом, для легирования полупроводниковых материалов. На базе таких ускорителей создается отдельное дорогостоящее производство структур «кремний-на-изоляторе». Также является недостатком этого способа получения структур появление дефектов типа "кремниевых трубок" в захороненном изолирующем слое, возникающих в результате эффекта маскирования облучаемой поверхности микрочастицами, адсорбированными на поверхности кремниевой пластины в процессе имплантации и препятствующими проникновению атомов кислорода в кремниевую пластину. Все эти недостатки затрудняют производство и широкомасштабное использование структур «кремний-на-изоляторе», полученных существующим способом.The main disadvantage of this method is the fact that the method uses an ion implantation operation carried out using a specialized accelerator designed to irradiate silicon wafers placed in a special receiving chamber with oxygen ions at high current densities and elevated temperatures. Accelerators of this class are the most sophisticated technological equipment requiring highly qualified service and are not used in the manufacture of electronic equipment on silicon lines, universally equipped with conventional accelerators, mainly intended for doping semiconductor materials. On the basis of such accelerators, a separate, expensive production of silicon-on-insulator structures is being created. Also a disadvantage of this method of obtaining structures is the appearance of defects of the "silicon tube" type in a buried insulating layer, arising as a result of masking the irradiated surface with microparticles adsorbed on the surface of the silicon wafer during implantation and preventing the penetration of oxygen atoms into the silicon wafer. All these shortcomings complicate the production and widespread use of silicon-on-insulator structures obtained by the existing method.

Техническим результатом изобретения является устранение дефектов типа "кремниевых трубок" захороненного изолирующего слоя и упрощение процесса изготовления.The technical result of the invention is to eliminate defects such as "silicon tubes" buried insulating layer and simplify the manufacturing process.

Технический результат достигается тем, что в способе получения структуры "кремний-на-изоляторе", включающем капсулирование защищающей пленкой и высокотемпературный отжиг пластины кремния для формирования рабочего монокристаллического слоя кремния и захороненного изолирующего слоя двуокиси кремния, в качестве пластины кремния используют пластину монокристаллического кремния дырочного типа, а перед капсулированием защищающей пленкой диоксида кремния и высокотемпературным отжигом пластину кремния сначала подвергают анодному травлению в растворе электролитов, содержащем ионы водорода и фтора, сушат, затем проводят анодное окисление в водном растворе электролитов и вновь сушат.The technical result is achieved in that in a method for producing a silicon-on-insulator structure, which includes encapsulation with a protective film and high-temperature annealing of a silicon wafer to form a working single-crystal silicon layer and a buried insulating layer of silicon dioxide, a hole-type single-crystal silicon wafer is used as a silicon wafer and before encapsulation with a protective film of silicon dioxide and high-temperature annealing, the silicon plate is first subjected to anodic etching It is dried in an electrolyte solution containing hydrogen and fluorine ions, then anodic oxidation is carried out in an aqueous electrolyte solution and dried again.

В способе в качестве пластины кремния применяют монокристаллический кремний дырочного типа с удельным сопротивлением в интервале 0.005÷0.05 Ом·см.In the method, hole-type single-crystal silicon with a resistivity in the range of 0.005 ÷ 0.05 Ohm · cm is used as a silicon wafer.

В способе анодным травлением пластины кремния формируют двухслойный пористый кремний, верхний слой которого имеет пористость от 25 до 40%, а нижний - от 70 до 90%.In the method by anodic etching of a silicon wafer, bilayer porous silicon is formed, the upper layer of which has a porosity of 25 to 40%, and the lower layer of 70 to 90%.

В способе анодным окислением пластины кремния с поверхностным слоем пористого кремния формируют сплошной слой пористой окиси кремния на границе с монолитной частью пластины.In the method of anodic oxidation of a silicon wafer with a surface layer of porous silicon, a continuous layer of porous silicon oxide is formed at the interface with the monolithic part of the wafer.

В способе сушку пластины кремния с пористыми слоями осуществляют в инертной среде при температурах от 180 до 400°С.In the method, the drying of a silicon wafer with porous layers is carried out in an inert atmosphere at temperatures from 180 to 400 ° C.

В способе на пленку диоксида кремния осаждают дополнительно пленку поликристаллического кремния.In the method, a polycrystalline silicon film is further deposited onto a silicon dioxide film.

В способе на пленки диоксида кремния и поликристаллического кремния осаждают дополнительно пленку нитрида кремния.In the method, an additional silicon nitride film is deposited onto silicon dioxide and polycrystalline silicon films.

В способе на пленку диоксида кремния осаждают дополнительно пленку нитрида кремния.In the method, an additional silicon nitride film is deposited onto the silicon dioxide film.

В способе высокотемпературный отжиг проводят при температурах от 1300 до 1370°С.In the method, high-temperature annealing is carried out at temperatures from 1300 to 1370 ° C.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами.The invention is illustrated by the following description and the accompanying drawings.

На фиг.1 приведена схема получения структуры «кремний-на-изоляторе» предлагаемым способом: позиция 1 - исходная пластина монокристаллического кремния дырочного типа, позиция 2 - пластина кремния с двухслойным пористым кремнием, позиция 3 - пластина кремния со слоями пористого кремния и пористой окиси кремния, расположенной на границе с монолитной частью пластины, позиция 4 - пластина кремния с пористыми слоями и защищающей пленкой, позиция 5 - структура «кремний-на-изоляторе» с защищающей пленкой. Элементы: 1 - пластина монокристаллического кремния дырочного типа, 2 - двухслойный пористый кремний, 3 - монолитная часть пластины, 4 - сплошной слой пористой окиси кремния, 5 - защищающая пленка, 6 - рабочий монокристаллический слой кремния, 7 - захороненный изолирующий слой двуокиси кремния.Figure 1 shows a diagram of the structure of the silicon-on-insulator of the proposed method: position 1 is the source plate of single-crystal silicon hole type, position 2 is a silicon plate with two-layer porous silicon, position 3 is a silicon plate with layers of porous silicon and porous oxide silicon, located at the border with the monolithic part of the plate, position 4 is a silicon plate with porous layers and a protective film, position 5 is a silicon-on-insulator structure with a protective film. Elements: 1 - a plate of single-crystal silicon of a hole type, 2 - two-layer porous silicon, 3 - a monolithic part of the plate, 4 - a continuous layer of porous silicon oxide, 5 - a protective film, 6 - a working single-crystal layer of silicon, 7 - a buried insulating layer of silicon dioxide.

На фиг.2 показано электронномикроскопическое изображение поперечного среза структуры «кремний-на-изоляторе» с защищающей пленкой, позиция 5 на фиг.1.Figure 2 shows an electron microscopic image of a cross-section of a silicon-on-insulator structure with a protective film, position 5 in figure 1.

На фиг.3 представлено электронномикроскопическое изображение поперечного среза границы рабочего монокристаллического слоя кремния с захороненным изолирующим слоем двуокиси кремния структуры «кремний-на-изоляторе», полученное при высоком разрешении.Figure 3 presents the electron microscopic image of the cross-section of the boundary of the working single-crystal silicon layer with a buried insulating layer of silicon dioxide structure "silicon-on-insulator", obtained at high resolution.

Использование пластин монокристаллического кремния дырочного типа с удельным сопротивлением 0.005÷0.05 Ом·см (фиг.1 поз.1 элемент 1) позволяет анодным травлением получать двухслойный пористый кремний с мезопористой структурой (фиг.1 поз.2 элемент 2). При высокотемпературном отжиге верхний слой пористого кремния спекается в монолитный монокристаллический кремний, образуя рабочий слой структуры «кремний-на-изоляторе» (фиг.1 поз.5 элемент 6). При анодном травлении кремниевых пластин с удельным сопротивлением больше 0.05 Ом·см формируется пористый кремний с микропористой структурой, превращающейся при отжигах в поликристаллический кремний, что является недопустимым для структур «кремний-на-изоляторе». Обработка пластин кремния, имеющих удельное сопротивление меньше 0.005 Ом·см, приводит к образованию сильно легированных рабочих монокристаллических слоев кремния и тем самым существенно ограничивает область применения структур «кремний-на-изоляторе».The use of hole-type single-crystal silicon wafers with a specific resistance of 0.005 ÷ 0.05 Ohm · cm (Fig. 1 pos. 1 element 1) allows anodic etching to obtain bilayer porous silicon with a mesoporous structure (Fig. 1 pos. 2 element 2). During high-temperature annealing, the upper layer of porous silicon is sintered into monolithic single-crystal silicon, forming a working layer of a silicon-on-insulator structure (Fig. 1, item 5, element 6). During anodic etching of silicon wafers with a specific resistance greater than 0.05 Ohm · cm, porous silicon with a microporous structure is formed, which turns into polycrystalline silicon upon annealing, which is unacceptable for silicon-on-insulator structures. The processing of silicon wafers having a resistivity of less than 0.005 Ohm · cm leads to the formation of heavily doped working single-crystal silicon layers and thereby significantly limits the application of silicon-on-insulator structures.

Получение пористого кремния с двухслойной структурой дает возможность анодным окислением сформировать на границе нижнего высокопористого слоя кремния с монолитной частью пластины сплошной слой пористой окиси кремния (фиг.1 поз.3 элемент 4), который при высокотемпературном отжиге спекается в монолитный диэлектрик, образуя захороненный изолирующий слой двуокиси кремния структуры «кремний-на-изоляторе» (фиг.1 поз.5 элемент 7). Пористость нижнего слоя в пределах 70-90% позволяет избежать анодного окисления верхнего низкопористого кремния, формирующего при высокотемпературном отжиге рабочий монокристаллический слой кремния (фиг.1 поз.5 элемент 6). При пористости нижнего слоя меньше 70% происходит анодное окисление верхнего слоя, что затрудняет образование на его месте рабочего монокристаллического слоя кремния при отжиге. Слои с пористостью больше 90% механически непрочные и при последующем анодном окислении разрушают структуру. Пористость верхнего слоя в структуре пористого кремния, заявляемая в пределах 25-40%, установлена на основании следующих закономерностей. Пористость, равная 25%, является нижним пределом, достигаемым при анодном травлении выбранного кремния, а слои пористого кремния, имеющие больше 40% пористости, при высокотемпературном отжиге превращаются в дефектные слои кристаллического монолитного кремния, существенно ухудшающие свойства структуры «кремний-на-изоляторе».Obtaining porous silicon with a two-layer structure allows anodic oxidation to form at the boundary of the lower highly porous silicon layer with the monolithic part of the wafer a continuous layer of porous silicon oxide (Fig. 1, item 3 element 4), which is sintered into a monolithic dielectric upon high-temperature annealing, forming a buried insulating layer silicon dioxide structure "silicon-on-insulator" (figure 1, pos. 5 element 7). The porosity of the lower layer in the range of 70-90% avoids the anodic oxidation of the upper low-porosity silicon, which forms a working single-crystal silicon layer during high-temperature annealing (Fig. 1, item 5 element 6). When the porosity of the lower layer is less than 70%, anodic oxidation of the upper layer occurs, which complicates the formation of a working single-crystal silicon layer in its place during annealing. Layers with porosity greater than 90% are mechanically unstable and, upon subsequent anodic oxidation, destroy the structure. The porosity of the upper layer in the structure of porous silicon, claimed in the range of 25-40%, is established on the basis of the following laws. A porosity of 25% is the lower limit achieved by anodic etching of the selected silicon, and layers of porous silicon having more than 40% porosity are transformed into defective layers of crystalline monolithic silicon at high temperature annealing, which significantly degrade the properties of the silicon-on-insulator structure .

Сушка пластин кремния с пористыми слоями в инертной среде, осуществляемая при температурах от 180 до 400°С, обеспечивает удаление из пористых слоев растворов электролитов и продуктов электрохимических реакций, что особенно необходимо при смене растворов с различным эффектом воздействия на кремний, а именно анодными травлением и окислением. При температурах меньше 180°С сушка не обеспечивает испарение воды из пористых слоев, а при нагревах свыше 400°С происходит нежелательное окисление пористого кремния как не успевшими испариться молекулами воды, так и фоновым кислородом в используемой инертной среде. Также при температурах больше 400°С ускоряются химические реакции пористого кремния с углеводородами и их производными, что приводит к необратимому образованию связей атомов кремния и углерода, которые при высокотемпературном отжиге превращаются в преципитаты карбида кремния - неустранимого дефекта структуры «кремний-на-изоляторе».The drying of silicon wafers with porous layers in an inert medium, carried out at temperatures from 180 to 400 ° C, removes from the porous layers solutions of electrolytes and products of electrochemical reactions, which is especially necessary when changing solutions with different effects on silicon, namely, anode etching and oxidation. At temperatures below 180 ° C, drying does not provide evaporation of water from the porous layers, and upon heating above 400 ° C, undesirable oxidation of porous silicon occurs both with water molecules that have not had time to evaporate and with background oxygen in the inert medium used. Also, at temperatures above 400 ° C, the chemical reactions of porous silicon with hydrocarbons and their derivatives are accelerated, which leads to the irreversible formation of bonds of silicon and carbon atoms, which, upon high-temperature annealing, turn into precipitates of silicon carbide, an unremovable silicon-on-insulator structural defect.

При анодном окислении пористого кремния создается сплошной слой пористой окиси кремния (фиг.1 поз.3), который при высокотемпературном отжиге служит затравкой для формирования захороненного изолирующего слоя двуокиси кремния на границе с монолитной частью пластины (фиг.1 поз.5). Непрерывность этого создаваемого электрохимическим процессом окисного слоя является необходимым условием для успешного изготовления структуры «кремний-на-изоляторе».During the anodic oxidation of porous silicon, a continuous layer of porous silicon oxide is created (Fig. 1, pos. 3), which, during high-temperature annealing, serves as a seed to form a buried insulating layer of silicon dioxide at the interface with the monolithic part of the plate (Fig. 1, pos. 5). The continuity of this oxide layer created by the electrochemical process is a prerequisite for the successful fabrication of a silicon-on-insulator structure.

Применение операции капсулирования защищающей пленкой обеспечивает защиту пластины кремния с пористыми слоями кремния и окиси кремния от внешней среды и термического испарения при высокотемпературном отжиге. Защищающую пленку составляют один или несколько слоев, каждый из которых выполняет определенную функцию в зависимости от окружающей среды и требуемой чистоты получаемых структур «кремний-на-изоляторе». Осаждаемая пленка диоксида кремния препятствует термическому испарению рабочего монокристаллического слоя кремния и захороненного изолирующего слоя диоксида кремния и применяется для отжигов в чистой инертной среде. Дополнительно осаждаемая пленка поликристаллического кремния служит геттерирующим элементом в отжигаемой структуре, химически связывая фоновые примеси, присутствующие во внешней среде (кислород, окислы металлов и т.д.) и в используемых пластинах кремния (железо, медь и т.д.). Дополнительно осаждаемая пленка нитрида кремния является эффективным диффузионным барьером для проникновения в формируемую структуру практически всех химических элементов внешней среды и используется в тех случаях, когда среда контролируется недостаточно хорошо.The use of the encapsulation operation with a protective film protects the silicon wafer with porous layers of silicon and silicon oxide from the external environment and thermal evaporation during high-temperature annealing. The protective film consists of one or more layers, each of which performs a certain function depending on the environment and the required purity of the resulting silicon-on-insulator structures. The deposited silicon dioxide film prevents the thermal evaporation of the working single-crystal silicon layer and the buried insulating layer of silicon dioxide and is used for annealing in a pure inert medium. The additionally deposited polycrystalline silicon film serves as a gettering element in the annealed structure, chemically bonding background impurities present in the external environment (oxygen, metal oxides, etc.) and in the silicon wafers used (iron, copper, etc.). Additionally, the deposited film of silicon nitride is an effective diffusion barrier for penetration into the formed structure of almost all chemical elements of the environment and is used in cases where the medium is not well controlled.

При высокотемпературном отжиге при температурах от 1300 до 1370°С в течение 2-12 часов происходит спекание пористых слоев кремния и окиси кремния (фиг.1 поз.3 элементы 2 и 3), в результате формируется структура «кремний-на-изоляторе», представленная на фиг.2, состоящая из рабочего монокристаллического слоя кремния и захороненного изолирующего слоя диоксида кремния (фиг.1 поз.5 и фиг.2 элементы 6 и 7). Отжиг при температурах меньше 1300°С не позволяет создать слоистую структуру с четко разделенными областями кремния и двуокиси кремния, остаются протяженные промежуточные зоны с включениями обеих фаз. При температурах отжига больше 1370°С в структуре «кремний-на-изоляторе» возникают многочисленные дефекты, вызванные кристаллизацией диоксида кремния изолирующего и капсулирующего слоев, что приводит к разрушению структуры.During high-temperature annealing at temperatures from 1300 to 1370 ° C for 2-12 hours, porous layers of silicon and silicon oxide are sintered (Fig. 1, pos. 3 elements 2 and 3), resulting in the formation of a silicon-on-insulator structure, presented in figure 2, consisting of a working single-crystal layer of silicon and a buried insulating layer of silicon dioxide (figure 1 pos.5 and figure 2 elements 6 and 7). Annealing at temperatures less than 1300 ° C does not allow creating a layered structure with clearly separated areas of silicon and silicon dioxide; extended intermediate zones remain with inclusions of both phases. At annealing temperatures above 1370 ° C, numerous defects occur in the silicon-on-insulator structure caused by crystallization of silicon dioxide in the insulating and encapsulating layers, which leads to the destruction of the structure.

Пример 1.Example 1

1. Анодное травление: пластину монокристаллического кремния дырочного типа с удельным сопротивлением 0,005 Ом·см (фиг.1 поз.1 элемент 1) обрабатывают в 20%-ном водно-спиртовом растворе HF при плотностях тока 1 и 90 мА/см2 в течение 180 и 3 секунд, соответственно. При этом формируют двухслойный пористый кремний (фиг.1 поз.2 элемент 2), верхний слой которого имеет пористость 25%, а нижний - 70%.1. Anode etching: a plate of single-crystal silicon of a hole type with a specific resistance of 0.005 Ohm · cm (Fig. 1 item 1 element 1) is treated in a 20% aqueous-alcoholic HF solution at current densities of 1 and 90 mA / cm 2 for 180 and 3 seconds, respectively. In this case, bilayer porous silicon is formed (Fig. 1, pos. 2 element 2), the upper layer of which has a porosity of 25%, and the lower one - 70%.

2. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в атмосфере инертного газа аргона при температуре 180°С в течение 10 минут.2. Drying the silicon wafer with a porous layer is carried out in an atmosphere of an inert argon gas at a temperature of 180 ° C for 10 minutes.

3. Анодное окисление: пластину кремния с пористым слоем обрабатывают в 0,12М водном растворе HCl при постоянной плотности тока 0,33 мА/см2 (фиг.1 поз.3 элемент 4).3. Anodic oxidation: a silicon wafer with a porous layer is treated in a 0.12 M aqueous HCl solution at a constant current density of 0.33 mA / cm 2 (Fig. 1 item 3 element 4).

4. Сушку пластины кремния с пористыми слоями кремния и окиси кремния осуществляют в атмосфере инертного газа аргона при температуре 180°С в течение 10 минут.4. The drying of a silicon plate with porous layers of silicon and silicon oxide is carried out in an atmosphere of an inert argon gas at a temperature of 180 ° C for 10 minutes.

5. Капсулирование защищающей пленкой выполняют посредством осаждения диоксида кремния (фиг.1 поз.4 элемент 5).5. Encapsulation of the protective film is performed by deposition of silicon dioxide (figure 1, position 4 element 5).

6. Высокотемпературный отжиг проводят при температуре 1300°С в атмосфере инертного газа аргона в течении 12 часов (фиг.1, поз.5, элементы 6 и 7).6. High-temperature annealing is carried out at a temperature of 1300 ° C in an atmosphere of inert argon gas for 12 hours (figure 1, position 5, elements 6 and 7).

Пример 2.Example 2

1. Анодное травление: пластину монокристаллического кремния дырочного типа с удельным сопротивлением 0,05 Ом·см (фиг.1 поз.1 элемент 1) обрабатывают в водном растворе NH4F и HCl при плотностях тока 15 и 300 мА/см2 в течение 180 и 3 секунд соответственно. При этом формируют двухслойный пористый кремний (фиг.1 поз.2 элемент 2), верхний слой которого имеет пористость 40%, а нижний - 90%.1. Anode etching: a plate of single-crystal silicon of a hole type with a specific resistance of 0.05 Ohm · cm (Fig. 1 item 1 element 1) is treated in an aqueous solution of NH 4 F and HCl at current densities of 15 and 300 mA / cm 2 for 180 and 3 seconds respectively. In this case, bilayer porous silicon is formed (Fig. 1, pos. 2 element 2), the upper layer of which has a porosity of 40%, and the lower one - 90%.

2. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в атмосфере инертного газа аргона при температуре 400°С в течение 2 минут.2. Drying the silicon wafer with a porous layer is carried out in an atmosphere of inert argon gas at a temperature of 400 ° C for 2 minutes.

3. Анодное окисление: пластину кремния с пористым слоем обрабатывают в 0,12М водном растворе HCl при постоянной плотности тока 0,33 мА/см2 (фиг.1 поз.3 элемент 4).3. Anodic oxidation: a silicon wafer with a porous layer is treated in a 0.12 M aqueous HCl solution at a constant current density of 0.33 mA / cm 2 (Fig. 1 item 3 element 4).

4. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в атмосфере инертного газа аргона при температуре 400°С в течение 2 минут.4. Drying the silicon wafer with a porous layer is carried out in an atmosphere of an inert argon gas at a temperature of 400 ° C for 2 minutes.

5. Капсулирование защищающей пленкой выполняют посредством последовательного осаждения диоксида кремния и нитрида кремния.5. The encapsulation of the protective film is carried out by sequential deposition of silicon dioxide and silicon nitride.

6. Высокотемпературный отжиг проводят при температуре 1370°С в атмосфере инертного газа аргона в течение 2 часов (фиг.1 поз.5 элементы 6 и 7).6. High-temperature annealing is carried out at a temperature of 1370 ° C in an atmosphere of inert argon gas for 2 hours (Fig. 1, pos. 5 elements 6 and 7).

Пример 3.Example 3

1. Анодное травление: пластину монокристаллического кремния дырочного типа с удельным сопротивлением 0,006 Ом·см (фиг.1 поз.1 элемент 1) обрабатывают в 20%-ном водно-спиртовом растворе HF при плотностях тока 3 и 240 мА/см2 в течение 180 и 3 секунд соответственно. При этом формируют двухслойный пористый кремний (фиг.1 поз.2 элемент 2), верхний слой которого имеет пористость 33%, а нижний - 85%.1. Anode etching: a plate of single-crystal silicon of a hole type with a specific resistance of 0.006 Ohm · cm (Fig. 1 item 1 element 1) is treated in a 20% aqueous-alcoholic solution of HF at current densities of 3 and 240 mA / cm 2 for 180 and 3 seconds respectively. In this case, bilayer porous silicon is formed (Fig. 1, item 2 element 2), the upper layer of which has a porosity of 33%, and the lower one - 85%.

2. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в атмосфере инертного газа аргона при температуре 300°С в течение 5 минут.2. Drying the silicon wafer with a porous layer is carried out in an atmosphere of inert argon gas at a temperature of 300 ° C for 5 minutes.

3. Анодное окисление: пластину кремния с пористым слоем обрабатывают в 0,12М водном растворе HCl при постоянной плотности тока 0,33 мА/см2 (фиг.1 поз.3 элемент 4).3. Anodic oxidation: a silicon wafer with a porous layer is treated in a 0.12 M aqueous HCl solution at a constant current density of 0.33 mA / cm 2 (Fig. 1 item 3 element 4).

4. Сушку пластины кремния с пористым слоем осуществляют в атмосфере инертного газа аргона при температуре 300°С в течение 5 минут.4. Drying the silicon wafer with a porous layer is carried out in an atmosphere of inert argon gas at a temperature of 300 ° C for 5 minutes.

5. Капсулирование защищающей пленкой выполняют посредством последовательного осаждения диоксида кремния, поликристаллического кремния и нитрида кремния.5. The encapsulation of the protective film is carried out by sequential deposition of silicon dioxide, polycrystalline silicon and silicon nitride.

6. Высокотемпературный отжиг проводят при температуре 1340°С в атмосфере инертного газа аргон течение 8 часов.6. High-temperature annealing is carried out at a temperature of 1340 ° C in an inert atmosphere of argon for 8 hours.

Структуры «кремний-на-изоляторе», изготовленные предлагаемым способом, имеют следующие типичные характеристики:The structure of the silicon-on-insulator "made by the proposed method, have the following typical characteristics:

толщину захороненного изолирующего слоя двуокиси кремния ~ 0.2 мкм,the thickness of the buried insulating layer of silicon dioxide ~ 0.2 μm,

толщину рабочего монокристаллического слоя кремния ~ 0.2 мкм,the thickness of the working single-crystal silicon layer is ~ 0.2 μm,

среднее напряжение пробоя диэлектрика ~ 130 В,average dielectric breakdown voltage ~ 130 V,

напряженность поля пробоя диэлектрика ~ 6,4·106 В/см,dielectric breakdown field strength ~ 6.4 · 10 6 V / cm,

отсутствие в захороненном изолирующем слое дефектов типа "кремниевых трубок",absence in the buried insulating layer of defects such as "silicon tubes",

отсутствие в рабочем слое кремния дефектов типа дислокации, дефектов упаковки, включений посторонних фаз.the absence in the working layer of silicon of defects such as a dislocation, stacking faults, and foreign phase inclusions.

Полученные параметры свидетельствуют о высоком качестве структур «кремний-на-изоляторе», изготовленных предлагаемым способом.The obtained parameters indicate the high quality of the structures "silicon-on-insulator" made by the proposed method.

Использование заявляемого способа получения структур «кремний-на-изоляторе» обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:The use of the proposed method for obtaining structures of "silicon-on-insulator" provides, compared with existing methods, the following advantages:

уменьшение производственных затрат на изготовление структур «кремний-на-изоляторе» и приборов на их основе за счет применения простого технологического оборудования традиционных кремниевых линеек, не требующего высококвалифицированного обслуживания и специальных мер по охране труда, необходимых при эксплуатации высоковольтных и радиационноопасных установок;reduction of production costs for the manufacture of silicon-on-insulator structures and devices based on them due to the use of simple technological equipment of traditional silicon rulers, which does not require highly qualified service and special labor protection measures required when operating high-voltage and radiation hazardous installations;

увеличение выпуска изделий электронной техники за счет экстенсивного развития производства на базе несложного технологического оборудования и массовой обработки структур;an increase in the output of electronic equipment products due to the extensive development of production on the basis of simple technological equipment and mass processing of structures;

расширение номенклатуры изделий электронной техники за счет доступного производства датчиков и устройств нано- и микроэлектромеханических систем.expanding the range of electronic products due to the affordable production of sensors and devices of nano- and microelectromechanical systems.

Claims (9)

1. Способ получения структуры "кремний-на-изоляторе", включающий капсулирование защищающей пленкой диоксида кремния и высокотемпературный отжиг пластины кремния для формирования рабочего монокристаллического слоя кремния и захороненного изолирующего слоя двуокиси кремния, отличающийся тем, что в качестве пластины кремния используют пластину монокристаллического кремния дырочного типа, а перед капсулированием защищающей пленкой диоксида кремния и высокотемпературным отжигом пластину кремния сначала подвергают анодному травлению в растворе электролитов, содержащем ионы водорода и фтора, сушат, затем проводят анодное окисление в водном растворе электролитов и вновь сушат.1. A method of producing a silicon-on-insulator structure, comprising encapsulating a silicon dioxide protective film and high-temperature annealing of a silicon wafer to form a working single-crystal silicon layer and a buried insulating silicon dioxide layer, characterized in that a single-walled silicon single-walled silicon plate is used type, and before encapsulation with a protective film of silicon dioxide and high-temperature annealing, the silicon plate is first subjected to anodic etching electrolyte solution containing hydrogen ions and fluorine, dried and then subjected to anodic oxidation in an aqueous electrolyte solution and dried again. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластины кремния применяют монокристаллический кремний дырочного типа с удельным сопротивлением в интервале 0,005-0,05 Ом·см.2. The method according to claim 1, characterized in that hole-type single-crystal silicon with a specific resistance in the range of 0.005-0.05 Ohm · cm is used as a silicon wafer. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что анодным травлением пластины кремния формируют двухслойный пористый кремний, верхний слой которого имеет пористость от 25 до 40%, а нижний - от 70 до 90%.3. The method according to claim 1, characterized in that anodic etching of the silicon wafer forms a two-layer porous silicon, the upper layer of which has a porosity of 25 to 40%, and the lower one - from 70 to 90%. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что анодным окислением пластины кремния с поверхностным слоем пористого кремния формируют сплошной слой пористой окиси кремния на границе с монолитной частью пластины.4. The method according to claim 1, characterized in that by anodic oxidation of the silicon wafer with a surface layer of porous silicon, a continuous layer of porous silicon oxide is formed at the interface with the monolithic part of the plate. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сушку пластины кремния с пористыми слоями осуществляют в инертной среде при температурах от 180 до 400°С.5. The method according to claim 1, characterized in that the drying of the silicon plate with porous layers is carried out in an inert medium at temperatures from 180 to 400 ° C. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на пленку диоксида кремния осаждают дополнительно пленку поликристаллического кремния.6. The method according to claim 1, characterized in that an additional film of polycrystalline silicon is deposited on the silicon dioxide film. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что на пленки диоксида кремния и поликристаллического кремния осаждают дополнительно пленку нитрида кремния.7. The method according to claim 6, characterized in that the film of silicon dioxide and polycrystalline silicon additionally deposit a film of silicon nitride. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что на пленку диоксида кремния осаждают дополнительно пленку нитрида кремния.8. The method according to claim 1, characterized in that the silicon nitride film is additionally deposited on the silicon dioxide film. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что высокотемпературный отжиг проводят при температурах от 1300 до 1370°С.9. The method according to claim 1, characterized in that the high-temperature annealing is carried out at temperatures from 1300 to 1370 ° C.
RU2006145756/28A 2006-12-21 2006-12-21 Method of roduction structure "silicon-on-insulator" RU2331949C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006145756/28A RU2331949C1 (en) 2006-12-21 2006-12-21 Method of roduction structure "silicon-on-insulator"

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006145756/28A RU2331949C1 (en) 2006-12-21 2006-12-21 Method of roduction structure "silicon-on-insulator"

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2331949C1 true RU2331949C1 (en) 2008-08-20

Family

ID=39748142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006145756/28A RU2331949C1 (en) 2006-12-21 2006-12-21 Method of roduction structure "silicon-on-insulator"

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2331949C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554298C1 (en) * 2013-12-05 2015-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Омский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ОНЦ СО РАН) Method for manufacturing of multilayer structure of porous silicon-on-insulator
RU2783629C1 (en) * 2021-11-29 2022-11-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Zener diode on a silicon-on-insulator structure

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2554298C1 (en) * 2013-12-05 2015-06-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Омский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ОНЦ СО РАН) Method for manufacturing of multilayer structure of porous silicon-on-insulator
RU2783629C1 (en) * 2021-11-29 2022-11-15 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Zener diode on a silicon-on-insulator structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0558554B1 (en) Silicon-on-porous-silicon; method of production and material
US5232871A (en) Method for forming a titanium nitride barrier layer
US5175126A (en) Process of making titanium nitride barrier layer
KR100320796B1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device utilizing a gate dielelctric
JP2836790B2 (en) Ohmic electrode formation method on diamond thin film
JPH04120732A (en) Solid element and its manufacture
CN101026121A (en) Semiconductor isolating structure and its forming method
JPS58164134A (en) Manufacturing method of semiconductor unit
RU2331949C1 (en) Method of roduction structure "silicon-on-insulator"
JPH04234149A (en) Forming method of semiconductor device multilayer interconnection interlaminar insulating film
KR101689160B1 (en) Fabrication method for carbon electrodes with multi-scale pores
JPH0422127A (en) Manufacture of insulating film and manufacture of thin film transistor
JPH06163819A (en) Capacitor structure of semiconductor device
JP2005175251A (en) Semiconductor wafer and manufacturing method thereof
CN107546112B (en) SiC ohmic contact structure and manufacturing method thereof
CN107623029B (en) Ohmic contact structure preparation process and structure
JP7220572B2 (en) Method for preparing electrode for DLTS measurement
TW591707B (en) Method for producing substrate material and semiconductor device including plasma processing
TW201347003A (en) Electronic component manufacturing method and electrode structure
WO2023054334A1 (en) Epitaxial wafer and production method therefor
JPH02139932A (en) Manufacture of semiconductor device
RU2554298C1 (en) Method for manufacturing of multilayer structure of porous silicon-on-insulator
CN117954527A (en) Tellurium-cadmium-mercury pn junction array and preparation method thereof
JPH0794692A (en) Fabrication of solid state image sensor
RU2023326C1 (en) Process of formation of p type structures with deeply compensated layer on samples

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111222